Ispravljač
Ispravljač je električni uređaj koji služi za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu. Ispravljač služi kao jednosmerni izvor napajanja koji ima zadatak da generiše stalni jednosmerni napon, čija vrednost ostaje u zadatim granicama.[1][2] Najčešće se u ispravljačima koriste poluvodičke diode kao glavni elektronički elementi kojima se vrši ispravljanje. Osim dioda, koriste se i tiristori.
Pod ispravljanjem naizmjenične struje u jednosmjernu često se podrazumjeva i glađenje (filtracija, smanjivanje valovitosti) izlaznog napona, te stabiliziranje napona. Ispravljeni napon, koji na izlazu diodnog kola ima pulsirajući karakter usrednjava se posredstvom mrežnog filtera. Između izlaznih krajeva filtera i potrošača često se umeće stabilizator koji ima zadatak da izlazni napon učini nezavisnim od varijacija naizmeničnog napona i potrošača.[3] Često se u sklopu ispravljača nalazi i transformator koji smanjuje napon na pogodnu vrijednost (npr. mrežnih 220V na 15V).
Pri pretvaranju naizmeničnog napona u jednosmerni, naizmenična struja trpi nelinearna izobličenja, faktor snage se smanjuje jer se javlja reaktivna snaga.
U opštem slučaju ispravljač sadrži:
- mrežni transformator;
- blok ispravljačkih elemanata, diode;
- filtar, za izravnavanje, „peglanje“, jednosmernog napona;
- i naravno priključak za potrošač.
Uloga mrežnog transformatora je da prilagodi napon mreže na potreban nivo jednosmernog potrošača, ali i da izvrši galvansko odvajanje izlaznog jednosmernog napona od mreže. Tip transformatora se određuje na osnovu izlaznog napona i snage koja se kroz njega prenosi.
Funkcija bloka ispravljačkih elemenata je pretvaranje prostoperiodičnog napona u jednosmerni pulsirajući napon. Njegov rad se zasniva na ispravljačkom svojstvu poluprovodničkih dioda.
Filtri u ispravljačima imaju zadatak da iz jednosmernog pulsirajućeg napona izdvoje konstantnu komponentu srednju vrednost. Uloga filtara se može formalno objasniti preko razlaganja izlaznog signala sa ispravljačkog bloka u Furijeov red tako, da niskopropusni filtar propusti samo konstantni član. U fizičkom smislu se uloga filtara može objasniti u smislu da je filtar sastavljen od akumulacionih elemenata koji snabdevaju potrošač energijom kada napon sa ispravljačkog bloka padne na malu vrednost.
Naprednije izvedbe ispravljača u sebi mogu imati i stabilizator izlaznog napona ili struje.
Poluvalni ispravljač je sklop koji se služi za propuštanje samo jedne poluperiode izmjeničnog napona. Tipičan predstavnik poluvalnih ispravljača je samo jedna dioda spojena serijski s trošilom. Budući da propušta samo jednu poluperiodu ulaznog izmjeničnog napona, učinkovitost ovakvog sklopa je manje od 50%.
Punovalni ispravljač može biti realiziran s dvije diode i transformatorom s dva sekundarna namotaja. Prilikom pozitivne poluperiode, na gornjem namotu je također pozitivna poluperioda, pa vodi dioda D1, dok u drugom slučaju, kada je negativna poluperioda, voditi će dioda D2. Tako se osigurava punovalno ispravljanje izmjeničnog napona.
Ako mrežni transformator nema dva sekundarna namotaja, odnosno srednji izvod na sekundarnom namotaju, tada se redovito koriste četiri ispravljačke diode u Graetzovom spoju, gdje uvijek vode dvije diode. Poluvodičke diode, odn. Graetzov ispravljač u spoju ispravljača mora imati odgovarajuće karakteristike kako u pogledu probojnog napona, tako i u pogledu maksimalne opteretivosti.
Filtracija izlaznog napona se izvodi s raznim spojevima kondenzatora i zavojnica. Najjednostavnija filtracija je provedena s jednim kondenzatorom paralelno spojenim na izlaz ispravljača, dok se za bolje karakteristike ispravljača mogu koristiti npr. L, pi, ili T LC spojevi. Osnovne karakteristike ovakvih spojeva jest da su oni niskopropusni filtri, tako da se kondenzatori uvijek spajaju paralelno, a zavojnice serijski.
Prilikom ispravljanja i filtriranja napona, nije moguće u potpunosti potisnuti komponente izmjeničnog napona, tj. nije moguće dobiti idealni istosmjerni napon, već on ima neku valovitost. Valovitost je osciliranje vrijednosti napona oko srednje vrijednosti i definira se kao omjer vrijednosti između dva vrha i srednjeg napona. Valovitost ovisi o tipu ispravljača (bolja je, naravno, za punovalne), upotrebljenom filtru, te opterećenju ispravljača.
Valovitost za ispravljač s kondenzatorom C za glađenje i opterećen s otporom R:
Gdje su:
f - frekvencija izmjeničnog napona
n = 1 za poluvalni, 2 za punovalni ispravljač
Klasične primjene ispravljača su za ispravljanje izmjeničnog mrežnog napona za elektroničke uređaje koji za svoj rad zahtjevaju istosmjerni napon. Ispravljač obično predstavlja drugi stupanj u realizaciji klasičnih istosmjernih napajanja - iza transformatora, a prije stabilizatora. Ispravljači se nalaze i kao samostalni uređaj, poznat pod nazivom adapter (AC/DC pretvarač).
- ↑ Lander, Cyril W. (1993). „Rectifying Circuits”. Power Electronics. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-707714-3.
- ↑ Cyclopedia of Applied Electricity, Vol-II, American Technical Society, Chicargo, 1924, pp. 487: Alternating Current Machinery
- ↑ Mansell A.D., Shen J. (1994). „Pulse converters in traction applications”. Power Engineering Journal (IEEE): 183-187. ISSN 0950-3366.